18. Понятие архитектуры и структуры компьютера. Структурная схема персонального компьютера.

Архитектура компьютера определяется совокупностью ее свойств, существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре и функциональным возможностям машины, которые можно разделить на основные и дополнительные.

Основные функции определяют назначение ЭВМ: обработка и хранение информации, обмен информацией с внешними объектами.

Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций: обеспечивают эффективные режимы ее работы, диалог с пользователем, высокую надежность и др. Названные функции ЭВМ реализуются с помощью ее компонентов: аппаратных и программных средств.

Структура персонального компьютера

Обычно персональный компьютер состоит из трех частей:

·        системного блока;

·        клавиатуры, позволяющей вводить символы в компьютер;

·        монитора (или дисплея) – для изображения текстовой или графической информации.

Компьютеры выпускаются и в портативном варианте (как дипломат) или блокнотном (ноутбук) исполнении. Здесь системный блок, монитор и клавиатура заключены в один корпус: системный блок "спрятан" под клавиатурой, а монитор сделан как крышка к клавиатуре.

Хотя из этих частей компьютера системный блок выглядит наименее эффектно, именно он является в компьютере "главным". В нем располагаются все основные узлы компьютера:

·        электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессоры, оперативная память, контроллеры устройств);

·        блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;

·        накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков, используемые для чтения и записи на гибкие магнитные диски (дискеты);

·        накопитель на жестких магнитных дисках, предназначенные для чтения и записи на несъемные жесткие магнитные диски (винчестер).

Микропроцессор – важнейший элемент компьютера, так как им определяется скорость выполнения машиной программ пользователя. Со времени появления персональных компьютеров (ПК) сменилось несколько поколений процессоров, что составляет следующий ряд в порядке увеличения скорости: 8088, 286, 386SX, 386DX, 486SX, 486DX, 486DX2, Pentium, Pentium Pro и другие.

Параметры процессора:

·        разрядность – ширина "такта", по которому передается компьютерная информация: 8, 16, 32 или 64 бита;

·        тактовая частота, характеризующая число команд, выполняемых процессором за одну секунду (измеряется в мегагерцах (МГц)). Обычно тактовая частота соответствует 160…200МГц.

Микропроцессор включает в себя:

·        арифметико-логическое устройство (АЛУ), которое выполняет операции (микрооперации), необходимые для выполнения команд микропроцессора;

·        устройство управления (УУ) – управляет всеми частями компьютера посредством принципов программного управления;

·        микропроцессорная память (МПП). В микропроцессоре есть несколько ячеек собственной памяти, они называются регистрами. Некоторые из них предназначены для хранения операндов – величин, участвующих в текущей операции. Такие регистры называются регистрами общего назначения (RON).

Регистр команд (RK) предназначен для хранения текущей команды. В регистре – счетчике команд (СК) хранится текущий адрес. Перед выполнением программы необходимо задать ее начальный адрес – записать его в счетчик команд.

Через интерфейсную систему, основу которой составляет системная шина персонального компьютера, микропроцессор соединяется с:

а)  Основной памятью компьютера:

-                 оперативное запоминающее устройство (RAM) хранит работающую программу и данные;

-                 постоянное запоминающее устройство (ROM)  - хранит информацию, которая необходима для постоянной работы.

RAM и ROM разбиты на ячейки, каждой из которых присвоен порядковый номер (адрес).

б)  Внешней памятью:

-                 накопители на жестких магнитных дисках – устройства с несъемными носителями (винчестеры). Жесткие диски служат для постоянного хранения в компьютере программ и данных.

Выполнение многих современных прикладных программ без них невозможно. Большинство жестких дисков, в отличие от имеющих меньшую емкость дискет, нельзя снять, поэтому их иногда называют несъемными дисками. Можно, однако приобрести и съемные жесткие диски. Они ценны, когда нужно сохранять конфиденциальность информации и как средство переноса больших объемов данных между компьютерами. Емкость современных накопителей на жестких магнитных дисках может достигать нескольких Гбайт.

Более популярны становятся накопители на оптических дисках благодаря большой емкости и надежности.

Неперезаписываемые лазерно-оптические диски обычно называют компакт-дисками ПЗУ – Compact disc (CD) ROM. Они имеют емкость до 1,5Гбайт, время доступа – от 30 до 300мс.

-                 накопители на гибких магнитных дисках. Для данных накопителей носителями являются дискеты (флоппи-диски).

в)  С монитором через видеоадаптер.

г)  С принтером через адаптер принтера.

д)  С источником питания.

ж)  С каналом связи через сетевой адаптер.

Сетевой адаптер дает возможность подключить компьютер в локальную сеть. При этом пользователь может получать доступ к данным, находящимся на других компьютерах.

з)  С таймером (таймер – внутренние электронные часы, которые подключены к автономному источнику питания (аккумулятору), продолжающий работать даже после отключения машины от питающей сети).

и)  Микропроцессор через интерфейс связан с клавиатурой, а также имеет генератор тактовых импульсов, который генерирует последовательность электрических импульсов, а частота этих импульсов определяет тактовую частоту машины (ее быстродействие).

к)  С математическим сопроцессором.

Обычно универсальные микропроцессоры относительно медленно выполняют арифметические операции над числами с плавающей запятой. Это объясняется тем, что они работают с целыми числами, и при использовании чисел, представленных в другой форме, им требуются дополнительные команды преобразования.

Для ускорения выполнения арифметических операций часто используется отдельный процессор, называемый математическим сопроцессором. Он выполняет арифметические операции над числами с плавающей запятой самостоятельно, без дополнительных программных средств. Благодаря этому в несколько раз возрастает скорость вычислительного процесса.

2         Общие сведения о периферийных устройствах ПК

Различные типы периферийных устройств, подключаемых к компьютерной системе, играют важную роль в ее работе. Они в значительной степени определяют возможности использования компьютеров и их технические характеристики. Широкий ассортимент выпускаемых периферийных устройств позволяет выбирать те из них, с которыми профессиональные компьютеры используются наиболее эффективно в различных областях деятельности.

В зависимости от функций, выполняемых компьютерной системой, периферийные устройства могут подразделяться на две основные группы. К первой относятся те периферийные устройства, наличие которых абсолютно необходимо для функционирования компьютерной системы. Их обычно называют системными периферийными устройствами. К этой группе относятся видеомонитор, клавиатура, накопитель на гибком магнитном диске (НГМД), накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД) и печатающее устройство (принтер).

Ко второй группе периферийных устройств относятся накопители на магнитной ленте, устройства для ввода графической информации, устройства для вывода графической информации (плоттеры), модем, сканер, аудиоплата, мышь или трекбол, коммуникационные адаптеры и другие. Они предоставляют профессиональному компьютеру дополнительные возможности. Однако наличие их в его конфигурации определяется конкретной областью деятельности. В связи с этим данная группа носит название дополнительных периферийных устройств.

Многие периферийные устройства подсоединяются к компьютеру через специальные гнезда (разъемы),находящиеся обычно на задней стенке системного блока компьютера. Кроме монитора и клавиатуры такими устройствами являются:

·        принтер – устройство для вывода на печать текстовой и графической информации;

·        мышь – устройство, облегчающее ввод информации в компьютер;

·        джойстик – манипулятор в виде укрепленной на шарнире ручки с кнопкой, употребляется в основном для компьютерных игр;

а также другие устройства.

Некоторые устройства, например, многие разновидности сканеров (приборов для ввода рисунков и текста в компьютер), используют смешанный способ подключения: в системный блок компьютера вставляется только электронная плата (контроллер), управляющая работой устройства, а само устройство подсоединяется к этой плате кабелем.

В настоящее время разрабатываются все более новые и совершенные периферийные устройства.